Hoe strak staan je spaken eigenlijk als je er nog niet eens op zit?

Ook als je nog niet op het zadel zit, staan de spaken in je wiel toch al stevig gespannen (voorspanning genoemd). Ik heb die voorspanning op de spaken van mijn racefiets opgemeten met een spakenspanningsmeter (de ‘ParkTool’).

De voorspanning op de spaken van het voorwiel is ongeveer 120 kg aan beide kanten van het wiel.

Bij het achterwiel is de voorspanning op de spaken zo’n 160 kg aan de tandwielkant, en 90 kg aan de andere kant.

Dat zijn trekkrachten die nog groter zijn dan wanneer je met je hele gewicht aan één spaak zou gaan hangen. Bovendien is de fiets nog niet eens belast, dwz je zit er nog niet op.

Wat gebeurt er nu met je spaken als je op de fiets gaat zitten? En welke spaken krijgen dan het meest te verduren de bovenste of de onderste?

Zit je op of hang je aan je spaken?

Als je met je volle gewicht op het zadel gaat zitten wordt via de voorvork de as van het voorwiel naar beneden gedrukt, en via de achtervork het achterwiel. In beide wielen verwacht je dat de as alleen aan de bovenste spaken gaat trekken.

Maar als dat het geval zou zijn, dan zou het wiel ovaal getrokken worden, dus zal er ook extra spanning komen op de horizontale spaken.

Dit is in 1993 eens heel precies uitgezocht door Chris Burgoyne en collega’s van de Universiteit van Cambridge [Burgoyne, 1993]. Een wiel van 36 spaken (18 aan elke kant, allen 30 cm lang) werd belast met een gewicht van 100 kg, en de spanning van elke spaak werd precies opgemeten.

Daaruit bleek dat de onderste vier spaken bij belasting (een fietser van 100 kg) zo’n 0.02% tot 0.06% in lengte afnamen, en dat alle andere spaken zo’n 0.005% in lengte toenamen.

Dus als gevolg van de belasting worden de onderste vier spaken maximaal ≈0.2 mm korter en rekken alle overige spaken ongeveer ≈ 0.015 mm uit (de dikte van een velletje A4). De onderste vier spaken zijn dus 'lui'

De uitrekking van een stalen spaak is voor kleine uitrekkingen ongeveer rechtevenredig met de trekkracht : 1 mm per 200 kg trekkracht [ACMBIKE].

Een uitrekking van 0.015 mm staat dan gelijk aan een (door het gewicht van de fietser) toegenomen trekkracht van 3 kg.

Het korter worden van de onderste spaken met ≈ 0.2 mm staat dan gelijk met een afname van trekkracht van 40 kg.

Kortom, als je met een gewicht van 100 kg op je fiets gaat zitten, dan trekken alle spaken 2.5% harder om je gewicht te dragen, behalve de onderste vier spaken die zo'n 10% - 30% minder hard trekken.